JPH01226182A - 電子波干渉素子 - Google Patents
電子波干渉素子Info
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- JPH01226182A JPH01226182A JP63053148A JP5314888A JPH01226182A JP H01226182 A JPH01226182 A JP H01226182A JP 63053148 A JP63053148 A JP 63053148A JP 5314888 A JP5314888 A JP 5314888A JP H01226182 A JPH01226182 A JP H01226182A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/82—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of the magnetic field applied to the device
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野」
本発明は、化合物半導体を用いた高速電子素子に関し、
特に電子波の干渉を利用した電子波干渉素子に関するも
のである。
特に電子波の干渉を利用した電子波干渉素子に関するも
のである。
従来の電子波干渉素子の構成図を第6図に示す。
同図C1)は米国応用物理学論文、48巻、1986年
(Appl、Phys、LettlMol、 4819
86年)に、同図(b)は特願昭60−685号に記載
されたものである。また、同図(、)は同図(b)にお
けるC−C断面図を示している。図におVlて、60は
半絶縁性G&As 基板、61はn十形ソース領域、6
2はn+十形レイン領域、63はn形チャネル、64は
AtGJIAllからなる絶縁膜、65はソース電極、
66はドレイン電極、67はゲート電極である。
(Appl、Phys、LettlMol、 4819
86年)に、同図(b)は特願昭60−685号に記載
されたものである。また、同図(、)は同図(b)にお
けるC−C断面図を示している。図におVlて、60は
半絶縁性G&As 基板、61はn十形ソース領域、6
2はn+十形レイン領域、63はn形チャネル、64は
AtGJIAllからなる絶縁膜、65はソース電極、
66はドレイン電極、67はゲート電極である。
従来の電子波干渉素子は、ゲート電極67に印加する電
圧により、電子波位相を制御する電界効果トランジスタ
の一種である。第6図(、)においてゲート電極67に
電圧を印加すると、ゲート電極67と絶縁膜64とチャ
ネル63とで形成されるゲート容量と介してチャネル6
3中に電荷が誘起され電子濃度が変化する。チャネル6
3中に誘起された電子は通常2次元状態のフエルミーデ
イラツク分布を示しており、この電子はフェルミエネル
ギーEFを有している。2次元状態においてフェルミエ
ネルギーE、は BH,=成子濃度/状態密度 で与えられる。従って、電子濃度を変化するとソース電
極65から伝播する電子波の有するフェルミエネルギー
EFが変化するため電子波波長が変化することになる。
圧により、電子波位相を制御する電界効果トランジスタ
の一種である。第6図(、)においてゲート電極67に
電圧を印加すると、ゲート電極67と絶縁膜64とチャ
ネル63とで形成されるゲート容量と介してチャネル6
3中に電荷が誘起され電子濃度が変化する。チャネル6
3中に誘起された電子は通常2次元状態のフエルミーデ
イラツク分布を示しており、この電子はフェルミエネル
ギーEFを有している。2次元状態においてフェルミエ
ネルギーE、は BH,=成子濃度/状態密度 で与えられる。従って、電子濃度を変化するとソース電
極65から伝播する電子波の有するフェルミエネルギー
EFが変化するため電子波波長が変化することになる。
第1図(a)のようにチャネル63の径路が矢印tと矢
印mに分枝されている場合、ゲート電4167に電圧を
印加すると前述のようにチャネル63の矢印tを流れる
電子波の波長が変化するため、チャネル4の矢印mを流
れてきた電子波との間に位相差が生じる。この結果、ド
レイン電極66に流れるドレイン電流はこの2つの電子
波の合流干渉した値となるため、この位相差に応じて制
御されることになる。同図(b)の場合は、チャネル6
3の矢印nと矢印0の分枝した径路の距離がそれぞれ異
なるため、ソース電極65から注入された′電子波の伝
播に差が生じる。このため、2つの電子波間の位相差が
ゲート電極67の電圧により変化しその結果ドレイン電
流はこの位相差に応じて制御されることになる。
印mに分枝されている場合、ゲート電4167に電圧を
印加すると前述のようにチャネル63の矢印tを流れる
電子波の波長が変化するため、チャネル4の矢印mを流
れてきた電子波との間に位相差が生じる。この結果、ド
レイン電極66に流れるドレイン電流はこの2つの電子
波の合流干渉した値となるため、この位相差に応じて制
御されることになる。同図(b)の場合は、チャネル6
3の矢印nと矢印0の分枝した径路の距離がそれぞれ異
なるため、ソース電極65から注入された′電子波の伝
播に差が生じる。このため、2つの電子波間の位相差が
ゲート電極67の電圧により変化しその結果ドレイン電
流はこの位相差に応じて制御されることになる。
しかしながら従来の電子波干渉素子位、電子濃度により
電子波波長を変えるので、ゲート電極11に電圧が印加
した後に電子濃度が変化し始める時間、すなわちゲート
容量への充放電時間を有するため、ドレイン電流の時間
応答が限定されるという問題があった。tた、従来の電
子波干渉素子は増幅機能を有するため、「H」、「L」
の信号を出力することがで自ずディジタル回路に使用す
ることができなかった。
電子波波長を変えるので、ゲート電極11に電圧が印加
した後に電子濃度が変化し始める時間、すなわちゲート
容量への充放電時間を有するため、ドレイン電流の時間
応答が限定されるという問題があった。tた、従来の電
子波干渉素子は増幅機能を有するため、「H」、「L」
の信号を出力することがで自ずディジタル回路に使用す
ることができなかった。
前述の問題点を解決するため、本発明は半絶縁性基板と
、この半絶縁性基板の堀面に形成された導電形のソース
領域及びドレイン領域と、このソース領域及びドレイン
領域の間に接続されたリング状の導電形のチャネルと、
このチャネル上に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に
リング状に形成された超伝導物質からなる超伝導リング
と、この超伝導リングに形成された層間絶縁膜と、この
層間絶縁膜上にリング状に形成された磁場発生用のコイ
ルと、前記ソース領域及びドレイン領域上に形成された
ンースτ1極とドレイン電極とから構成されている。
、この半絶縁性基板の堀面に形成された導電形のソース
領域及びドレイン領域と、このソース領域及びドレイン
領域の間に接続されたリング状の導電形のチャネルと、
このチャネル上に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に
リング状に形成された超伝導物質からなる超伝導リング
と、この超伝導リングに形成された層間絶縁膜と、この
層間絶縁膜上にリング状に形成された磁場発生用のコイ
ルと、前記ソース領域及びドレイン領域上に形成された
ンースτ1極とドレイン電極とから構成されている。
コイルによって発生した磁束は、リング状のチャネルを
通過する2つの電子波間に位相差を与え、電子波が合流
干渉することによりドレイン電流を制御する。
通過する2つの電子波間に位相差を与え、電子波が合流
干渉することによりドレイン電流を制御する。
以下、本発明を図面に従い説明する。第1図は本発明に
係る一実施例を示す外観料視図及び断面図である。図に
おいて、1は半絶縁性GaAsの基板、2はn十形のソ
ース領域、3はn十形のドレイン領域、4はソース領域
2とドレイン領域3との間に接続してリング状に形成さ
れたn形のチャネル、5はチャネル上に形成さ九たAt
GaAsからなる絶縁膜、6は絶縁膜上にリング状に形
成されたニオブの超伝導物質からなる超伝導リング、7
は超伝導りフグ6上に形成されたSiOからなる層間絶
縁膜、8は層間絶縁膜T上に形成されたニオブからなる
磁場発生用のコイル、8aはこのコイルへ電流を供給す
るためのコイル電極、9はソース電極、10はドレイン
電極である。なお、同図(b)は同図−)のB−B断面
を示している。
係る一実施例を示す外観料視図及び断面図である。図に
おいて、1は半絶縁性GaAsの基板、2はn十形のソ
ース領域、3はn十形のドレイン領域、4はソース領域
2とドレイン領域3との間に接続してリング状に形成さ
れたn形のチャネル、5はチャネル上に形成さ九たAt
GaAsからなる絶縁膜、6は絶縁膜上にリング状に形
成されたニオブの超伝導物質からなる超伝導リング、7
は超伝導りフグ6上に形成されたSiOからなる層間絶
縁膜、8は層間絶縁膜T上に形成されたニオブからなる
磁場発生用のコイル、8aはこのコイルへ電流を供給す
るためのコイル電極、9はソース電極、10はドレイン
電極である。なお、同図(b)は同図−)のB−B断面
を示している。
次に、動作について説明する。コイル8に電極8aを介
して電流を流すと第2図に示す特性図のように電流に比
例して磁場を発生し、この磁場における磁束が層間絶縁
膜Tを介して超伝導リング6を貫通する。一般に超伝導
リング6の電流担体の電荷は2eであるので、この超伝
導リング6を貫く磁束はh/(2e) (以下、hはブ
ランク定数とする)を単位に量子化される。この磁束は
コイル8により発生する磁場の強さが増加しても常にh
/(2e)の整数倍に量子化され、その関係は第3図に
示す特性図のような階段状となる。次に、コイル8で発
生した磁束がリング状のチャネル4に到達すると、チャ
ネル6の分枝された矢印p、矢印Qを通過する2つの電
子波間に位相差を与え、分枝路を通過した電子波が点r
で合流干渉することによりドレイン電流を変化させる。
して電流を流すと第2図に示す特性図のように電流に比
例して磁場を発生し、この磁場における磁束が層間絶縁
膜Tを介して超伝導リング6を貫通する。一般に超伝導
リング6の電流担体の電荷は2eであるので、この超伝
導リング6を貫く磁束はh/(2e) (以下、hはブ
ランク定数とする)を単位に量子化される。この磁束は
コイル8により発生する磁場の強さが増加しても常にh
/(2e)の整数倍に量子化され、その関係は第3図に
示す特性図のような階段状となる。次に、コイル8で発
生した磁束がリング状のチャネル4に到達すると、チャ
ネル6の分枝された矢印p、矢印Qを通過する2つの電
子波間に位相差を与え、分枝路を通過した電子波が点r
で合流干渉することによりドレイン電流を変化させる。
通常、この位相差は磁束の周期関数となp、ドレイン′
成流も磁束の周期関数に従うことになる。第4図はこの
関係を示した特性図であり、電流担体の素電荷はeとな
るので記号Sのように磁束の周期はh/eとなる。従っ
て、リング状のチャネル4に加わるもしくは貫く磁束が
h/(2e)の跳びを持つ階段関数になることとドレイ
ン電流がh/eの周期関数であることにより、入力コイ
ル電流に対する出力ドレイン電流は第5図に示す特性図
のようにh/eの周期(記号n)となりrHJ、ljの
2つの値のみをとる矩形形の特性となる。このように本
発明の電子波干渉素子はru」、r4」の2つの値を出
力することができるため、ディジタル回路に使用するこ
とが可能となる。
成流も磁束の周期関数に従うことになる。第4図はこの
関係を示した特性図であり、電流担体の素電荷はeとな
るので記号Sのように磁束の周期はh/eとなる。従っ
て、リング状のチャネル4に加わるもしくは貫く磁束が
h/(2e)の跳びを持つ階段関数になることとドレイ
ン電流がh/eの周期関数であることにより、入力コイ
ル電流に対する出力ドレイン電流は第5図に示す特性図
のようにh/eの周期(記号n)となりrHJ、ljの
2つの値のみをとる矩形形の特性となる。このように本
発明の電子波干渉素子はru」、r4」の2つの値を出
力することができるため、ディジタル回路に使用するこ
とが可能となる。
次に、重電、子波干渉素子作製法について述べる。
MOCVD法もしくはMBE法でGaAa半絶縁性基板
1上に無添加GaAs層、引き続いてドナー不純物添加
量を調節したAjG&AI層を成長させる。コイル8に
より発生した磁束がリング状のチャネル4の外側にでな
いようコイル8、超伝導リング6及びリング状チャネル
4の大きさ、形状を考慮する。
1上に無添加GaAs層、引き続いてドナー不純物添加
量を調節したAjG&AI層を成長させる。コイル8に
より発生した磁束がリング状のチャネル4の外側にでな
いようコイル8、超伝導リング6及びリング状チャネル
4の大きさ、形状を考慮する。
またリング形状はチャネル中の電子波の可干渉距離より
小さく作る必要がありミクロンからサブミクロンの微細
加工が必要になる。そのため電子ビーム露光及びドライ
エツチングプロセスによりリング状のチャネルを形成す
る。さらに超伝導リング6であるニオブ、層間絶縁膜7
であるSlOを゛電子ビーム蒸着法により堆積し′電子
ビーム露光及びドライエツチングプロセスによりリング
を形成する。最後にニオブの電子ビーム蒸看法による堆
積及び電子ビーム露光及びドライエツチングプロセスに
より磁場発生用コイル8を作製する。以上により本発明
の電子波干渉素子が完成する。
小さく作る必要がありミクロンからサブミクロンの微細
加工が必要になる。そのため電子ビーム露光及びドライ
エツチングプロセスによりリング状のチャネルを形成す
る。さらに超伝導リング6であるニオブ、層間絶縁膜7
であるSlOを゛電子ビーム蒸着法により堆積し′電子
ビーム露光及びドライエツチングプロセスによりリング
を形成する。最後にニオブの電子ビーム蒸看法による堆
積及び電子ビーム露光及びドライエツチングプロセスに
より磁場発生用コイル8を作製する。以上により本発明
の電子波干渉素子が完成する。
ところで、本発明の電子波干渉素子を電流d準として利
用することかで色る。第4図の入力コイル電流の周期は
リング状のチャネル1貫く磁束で計るとh/eになる。
用することかで色る。第4図の入力コイル電流の周期は
リング状のチャネル1貫く磁束で計るとh/eになる。
従って、チャネル4のリングの形状を考慮し磁束h/e
からコイルを流れる電流を求められる。従来の電流間に
働く力から求めるものまたは標準電圧及び標準抵抗を用
いて求めるものと異なりこの電流はチャネル4のリング
形状から求tυ電流標準となる。
からコイルを流れる電流を求められる。従来の電流間に
働く力から求めるものまたは標準電圧及び標準抵抗を用
いて求めるものと異なりこの電流はチャネル4のリング
形状から求tυ電流標準となる。
また、本発明の電子波干渉素子を用いて素電荷測定が可
能となる。前述のように超伝導リングの電流担体は2e
の電荷を持ち、リング状のチャネルを流れる電流担体は
Cの電荷を持つことによシトレイン電流が2つの値を持
つ。一般にチャネルの電流担体の素電荷が(2/m)e
(ただしmは整数)なる場合、ドレイン電流はm11!
[をとる。このことからドレイン電流のとる値の数より
電流担体の素電荷の大きさが分かる。素電荷測定法によ
り分数電荷の存在、電流担体2e及びeの電流担体の混
在を確認できる。
能となる。前述のように超伝導リングの電流担体は2e
の電荷を持ち、リング状のチャネルを流れる電流担体は
Cの電荷を持つことによシトレイン電流が2つの値を持
つ。一般にチャネルの電流担体の素電荷が(2/m)e
(ただしmは整数)なる場合、ドレイン電流はm11!
[をとる。このことからドレイン電流のとる値の数より
電流担体の素電荷の大きさが分かる。素電荷測定法によ
り分数電荷の存在、電流担体2e及びeの電流担体の混
在を確認できる。
なお、前述の実施例では、ドナー不純物添加のAjGa
Asと無添加のGaAsの半導体異種接合中に作られる
二次元電子ガスを例にとって説明したが、電子親和力の
小さなドナー不純物添加の混晶もしくは化合物半導体層
と電子親和力の大きな無添加の混晶もしくは化合物半導
体層の半導体異種接合中に作られる二次元電子ガスをチ
ャネルとして用いる場合、または〔電子親和力士禁制帯
幅〕の大きなアクセグター不純物添加の半導体層と〔電
子親和力士禁制帯幅〕の小さな無添加の半導体層の半導
体異種接合中に作られる二次元正孔ガスをチャネルとし
て用いる場合でもよい。
Asと無添加のGaAsの半導体異種接合中に作られる
二次元電子ガスを例にとって説明したが、電子親和力の
小さなドナー不純物添加の混晶もしくは化合物半導体層
と電子親和力の大きな無添加の混晶もしくは化合物半導
体層の半導体異種接合中に作られる二次元電子ガスをチ
ャネルとして用いる場合、または〔電子親和力士禁制帯
幅〕の大きなアクセグター不純物添加の半導体層と〔電
子親和力士禁制帯幅〕の小さな無添加の半導体層の半導
体異種接合中に作られる二次元正孔ガスをチャネルとし
て用いる場合でもよい。
また、前述の実施例では、超伝導物質としてニオブそし
て絶縁体としてSlOを例にとって説明したが超伝導物
質として酸化物高温超伝尋体を用いる場合、絶縁体とし
て窒化シリコンを用いる場合でもよい。
て絶縁体としてSlOを例にとって説明したが超伝導物
質として酸化物高温超伝尋体を用いる場合、絶縁体とし
て窒化シリコンを用いる場合でもよい。
以上説明したように本発明によれば、コイルによって発
生した磁束によってチャネルを走行する2つの電子波に
位相差を与え、電子波が合流干渉することによりドレイ
ン電流を制御するため、電子濃度により電子波波長を変
えて位相差を与える従来の電子波干渉素子とは異なシ、
ゲート容量への充放電時間がなく高速動作が可能となる
。また、人力コイル電流に対する出力ドレイン電流が「
H」または1′L」の2値化することができるため、デ
ィジタル回路に使用することが可能である。
生した磁束によってチャネルを走行する2つの電子波に
位相差を与え、電子波が合流干渉することによりドレイ
ン電流を制御するため、電子濃度により電子波波長を変
えて位相差を与える従来の電子波干渉素子とは異なシ、
ゲート容量への充放電時間がなく高速動作が可能となる
。また、人力コイル電流に対する出力ドレイン電流が「
H」または1′L」の2値化することができるため、デ
ィジタル回路に使用することが可能である。
第1図−)は本発明゛に係る一実施例を示した電子波干
渉素子の外観斜視図、同図(b)は同図−)のB−B断
面図、第2図はコイルの特性図、第3図は超伝導リング
を貫く磁束と磁場の特性図、第4図はリング状のチャネ
ルを貫く磁束とドレイン電流の特性図、第5図はコイル
に流れる電流とドレイン電流の特性図、第6図(a)、
同図(b)は従来の電子波干渉素子の構成図、同図(0
)は同図<b>のC−C断面図である。 1・・・11手絶縁性GaAs基板、2・争Φ・n+形
ンース領域、3・争・・n十形ドレイン領域、4・・・
・チャネル、5・・・・絶縁膜、6・・拳・超伝導リン
グ、7・拳・・層間絶縁膜、8・・・書コイ々、8a
・・・・コイルミ電極、s・−1・ソース電極、10・
seaドレイン電極。 第1図 (a) (b) t J
j第2図 13図 フィル哩シ阪に−り胸ト生−I冴蟲〉蚤第4図 填5図 つイル1;喰れ3?;糺
渉素子の外観斜視図、同図(b)は同図−)のB−B断
面図、第2図はコイルの特性図、第3図は超伝導リング
を貫く磁束と磁場の特性図、第4図はリング状のチャネ
ルを貫く磁束とドレイン電流の特性図、第5図はコイル
に流れる電流とドレイン電流の特性図、第6図(a)、
同図(b)は従来の電子波干渉素子の構成図、同図(0
)は同図<b>のC−C断面図である。 1・・・11手絶縁性GaAs基板、2・争Φ・n+形
ンース領域、3・争・・n十形ドレイン領域、4・・・
・チャネル、5・・・・絶縁膜、6・・拳・超伝導リン
グ、7・拳・・層間絶縁膜、8・・・書コイ々、8a
・・・・コイルミ電極、s・−1・ソース電極、10・
seaドレイン電極。 第1図 (a) (b) t J
j第2図 13図 フィル哩シ阪に−り胸ト生−I冴蟲〉蚤第4図 填5図 つイル1;喰れ3?;糺
Claims (1)
- 半絶縁性基板と、この半絶縁性基板の表面に形成され
た導電形のソース領域及びドレイン領域と、このソース
領域及びドレイン領域の間に接続されたリング状の導電
形のチャネルと、このチャネル上に形成された絶縁膜と
、この絶縁膜上にリング状に形成された超伝導物質から
なる超伝導リングと、この超伝導リング上に形成された
層間絶縁膜と、この層間絶縁膜上にリング状に形成され
た磁場発生用のコイルと、前記ソース領域及びドレイン
領域上に形成されたソース電極とドレイン電極とから構
成されたことを特徴とする電子波干渉素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63053148A JPH01226182A (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 電子波干渉素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63053148A JPH01226182A (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 電子波干渉素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01226182A true JPH01226182A (ja) | 1989-09-08 |
Family
ID=12934746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63053148A Pending JPH01226182A (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 電子波干渉素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01226182A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0260177A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Sharp Corp | 超伝導トランジスタ |
EP0471288A2 (en) * | 1990-08-09 | 1992-02-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron wave coupling or decoupling devices and quantum interference devices |
-
1988
- 1988-03-07 JP JP63053148A patent/JPH01226182A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0260177A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Sharp Corp | 超伝導トランジスタ |
EP0471288A2 (en) * | 1990-08-09 | 1992-02-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron wave coupling or decoupling devices and quantum interference devices |
EP0471288A3 (en) * | 1990-08-09 | 1994-05-18 | Canon Kk | Electron wave coupling or decoupling devices and quantum interference devices |
US5521735A (en) * | 1990-08-09 | 1996-05-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron wave combining/branching devices and quantum interference devices |
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